（机械电子工程专业论文）模具pdm系统中工作流引擎的研究与开发.pdf

摘要 摘要 为了从整体上提高模具企业设计产品的效率，降低设计成本，提高业务管理 水平和竞争力，迫切需要应用p d m 系统以加强对模具设计数据和设计过程的有效 管理。 本文首先阐述了p d m 技术和工作流技术的相关定义和功能，分析了模具设计 数据及过程管理的特点，对模具企业的工作流模型进行建模，包括业务过程模型、 组织模型、资源模型、工作流相关数据四部分；其次对基于有向图技术表达的业 务过程模型的正确性和性能进行了分析与评估，提出了优化的方法；然后以一具 体工作流程模型为例，验证了上述模型分析、评估方法的有效性。 在对模具企业特点分析的基础上，本文对工作流管理模块的系统架构和功能 进行了设计；然后使用面向对象的思想结合j a v a 语言进行了工作流管理模块的 核心一工作流引擎的设计，主要包括底层类即工作流模板对象、工作流实例对象、 工作流监控对象三部分类的设计；同时本文对工作流引擎的数据模型进行了设计 并介绍了工作流模块基于m v c 模式的b s 架构的实现方法；最后介绍了工作流模 块有效应用的一个实例，证明工作流管理模块开发的有效性。 关键词：p d m 、工作流、工作流引擎、有向图、面向对象、m v c i 广东t 业大学硕十学位论文 a b s t r a c t t oe n h a n c et h ee f f i c i e n c yo ft h ep r o d u c td e s i g n , r e d u c et h ed e s i g nc o s t ，r a i s et h e m a n a g e m e n tl e v e la n dt h ec o m p e t i t i v ep o w e r , m o u l de n t e r p r i s eu r g e n t l yn e e d st o u n i f yp d m w i t ht h ew o r kf l o wt e c h n o l o g yi m p r o v i n ga n de n h a n c i n gt h ee f f e c t i v e m a n a g e m e n tf o rm o u l d d e s i g nd a t aa n dd e s i g nf l o w f i r s t l yt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ef u n c t i o n so f t h ep d ma n dw o r kf l o wt e c h n o l o g y w e r ee x p o u n d e d ，s e c o n d l yt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em o u l de n t e r p r i s e s p r o d u c td a t a m a n a g e m e n ta n dw o r kf l o wm a n a g e m e n tw e r ed i s c u s s e d ，t h i r d l yt h ew o r kf l o w m o d e l si n c l u d i n gt h ew o r kf l o wm o d e l 、t h eo r g a n i z a t i o nm o d e l 、t h er e s o u r c em o d e l a n dt h ec o r r e l a t i v ed a t am o d e l f o ro n em o u l de n t e r p r i s ew e r ec r e a t e d s i m u l t a n e o u s l y t h ev a l i d i t ya n dc a p a b i l i t yo ft h eo p e r a t i o nm o d e l sw h i c hw e r ee x p r e s s e db yd i r e c t e d g r a p hw e r ea n a l y z e da n ds o m em e t h o d sf o ro p t i m i z i n gt h em o d e l sw e r eb r o u g h t f i n a l l yt h ev a l i d i t yo ft h ea b o v ea n a l y s i sm e t h o dw a sv e r i f i e do nt h eb a s i so fa w o r k f l o wm o d e li n s t a n c e o nt h eb a s i so ft h em o u l de n t e r p r i s e s c h a r a c t e r i s t i c s ，t h es y s t e mf r a m ea n d f u n c t i o nf r a m ef o rt h ew o r k f l o wm a n a g e m e n tm o d u l ew e r ed e s i g n e d ，t h e nt h eb o t t o m o b j e c t sf o r t h ew o r k f l o we n g i n ew h i c hw a st h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m sc o r e w e r ed e s i g n e du s i n gt h eo b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g yw i t ht h ej a v al a n g u a g e ，t h e b o t t o mo b j e c t si n c l u d e dt h ew o r k f l o wt e m p l a t e so b j e c t s 、t h ew o r k f l o wi n s t a n c e o b j e c t sa n dt h eh i s t o r yr e c o r d so b j e c t s ，s i m u l t a n e o u s l yt h ed a t am o d e l sf o rt h e w o r k f l o we n g i n ew e r ed e s i g n e da n dt h er e a l i z a t i o nm e t h o df o rt h eb sf r a m e w o r k f l o wm a n a g e m e n tm o d u l eb a s i n go nm v cm o d e lw a si n t r o d u c e d ；f i n a l l ya s u c c e s s f u la p p l i c a t i o ne x a m p l eo ft h ew o r k f l o wm a n a g e m e n tm o d u l ew a si n t r o d u c e d t op r o v et h ev a f i d i t yo ft h em o d u l e k e y w o r d s ：p d m ；w o r k f l o w ；w o r k f l o we n g i n e ；d i r e c t e dg r a p h ；o b j e c t o r i e n t e d ；m v c i i 广东t 业大学硕十学位论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签名： 论文作者签名： 7 6 2 0 0 9 年月 日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着科学技术的进步、经济全球化的加剧、市场环境的日益复杂，企业间的 竞争也更加激烈，如何缩短产品开发周期( t i m e ) ，提高产品质量( q u a l i t y ) ，降 低产品设计和制造成本( c o s t ) ，优化企业服务( s e r v i c e ) ，改善同客户的关系 ( c u s t o m e r ) ，快速响应市场不断变化的需求( d e m a n d ) 等已经成为企业生存和发展 的关键。现代企业在应用c a d 、c a e 、c a p p 、c a m 、c r m 、e r p 等信息技术解决上述 问题的过程中生成了大量的数据( 数据文档、设计数据、工程图纸、n c 程序、工 程规则等) ，如何对这些数据进行有效的管理和共享，实现企业信息系统的一体 化，已成为企业迫切需要解决的问题。 近年来产生的很多先进制造技术和管理理念【1 1 ，如敏捷制造( a g i l e m a n u f a c t u r i n g ，a m ) 、并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c e ) 、制造资源规划u ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n gi i ，m r pi i ) 、计算机集成制造系统( c o m p u t e r i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) 、企业资源规划( e n t e r p r i s er e s o u r c e p l a n n i n g ，e r p ) 等，分别从不同方面、不同程度上提高了企业的竞争力，但是这 些技术和理念仍未能完全解决企业在产品研发和生产过程中信息共享程度低、数 据传递速度慢、业务数据难以集成、管理水平落后等问题。产品数据管理( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 正是在这一背景下产生的一项新的管理思想与技术，p d m 技术可以定义为以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过 程、资源集成管理的技术【2 1 。p d m 是依托i t 技术实现企业资源优化管理的有效方 法，是科学的管理框架与企业现实问题相结合、计算机技术与企业文化相结合的 一种产品。 p d m 明确定位为面向制造企业，以产品为管理的核心，以数据、过程、资源 为信息管理的三大要素。p d m 进行信息管理的两条主线分别是静态的产品结构与 动态的产品设计过程，所有的信息组织和资源管理都是围绕着产品设计展开，这 也是p d m 系统有别于其他的信息管理系统，如企业信息管理系统( m i s ) 、制造资 源规划( m r p i i ) 、项目管理系统( p m ) 、企业资源计划( e r p ) 、客户关系管理系统( c r m ) 1 广东l ：业大学硕十学位论文 的关键所在。 工作流技术则起源于2 0 世纪8 0 年代中期，是针对日常工作中具有固定程序 的活动提出的一个管理概念，目的是将工作分解成定义良好的任务和角色，通过 一系列的规则和过程来执行这些任务，同时对其进行监控【3 4 1 。 工作流管理联盟( w o r kf l o wm a n a g e m e n tc o a li t i o n ) 对工作流的定义为：工 作流是一类在计算机技术的支持下能够完全或者部分实现自动执行的经营过程， 它根据一系列过程规则，使信息、任务能够在不同的参与者之间自动传递与执行 【5 】 o 工作流管理系统能够在正确的时间将正确的信息传递给正确的人，从而提高 流程的执行效率和企业的管理水平。 本文的研究就是在上述背景下进行的，将工作流技术结合模具企业的特点集 成到模具p d m 系统中来，通过模具p d m 系统的工作流程管理功能，实现对产 品的静态数据管理与动态流程管理的结合以及对产品的全生命周期管理，从而提 高模具企业的运作效率，增强了企业的竞争力。 1 2 p d m 技术与工作流技术 1 2 1 p d m 技术概述 1 2 1 1p d m 的主要定义 产品数据管理( p r o d u c td a t em a n a g e m e n t ，p d m ) 技术最早出现于8 0 年代初 期，是- - l - j 以软件技术为基础，管理所有与产品相关的信息和过程的技术【6 7 】。 p d m 是为了解决大量工程图纸、技术文档以及c a d 文件数字化的管理问题，管理 着包括零部件信息、产品结构与配置、相关文件、c a d 档案、审批信息等与产品 相关的各种信息以及与产品相关的所有过程，包括信息的审批和发放、工作流程 和更改流程等【8 ，9 1 。 p d m 技术最初的目标是为了解决大量的图纸文件及文档文件的管理问题， 后来应用于设计图纸和电子文档的管理、材料报表的管理、工程文档的集成、工 程变更指令的追踪与管理等b o , m 】。随着p d m 理论的发展，它的技术内涵与功能 也在不断的丰富与扩展。 2 第一章绪论 p d m 的主要定义有： 1 9 9 5 年2 月主要致力于产品数据管理技术和相关计算机集成技术的国际咨 询公司c i m d a t a 总裁e d m i l l e r 在( ( p d mt o d a y 一文中给出了p d m 的简单定义： “p d m 是一门用来管理所有与产品相关信息和所有与产品相关过程的技术。 同年9 月g a r t n e rg r o u p 公司的d b u r d i e k 在所作的c i m 策略分析报告 中把p d m 定义为：“p d m 是为企业设计和生产构筑一个并行产品艺术环境的关 键使能技术，一个成熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图 的人在整个信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据。 【1 2 】 无论哪种定义，具体地说，产品数据管理( p d 是以软件技术为基础，以产 品为核心，用来管理所有与产品相关信息( 包括零件信息、配置、文档、c a d 文 件、结构、权限信息等) 和所有与产品相关过程( 包括过程定义和管理) 的技术。 p d m 是对工程数据管理( e d m ) 、文档管理( d m ) 、产品信息管理( p i m ) 、技术数 据管理( t d m ) 、技术信息管理( t i m ) 、图像管理( i m ) 以及其他产品定义信息管理 技术的一种概括与扩展。它继承并发展了c i m ( c o m p u t e ri n t e g r a t i o nm a n u a f c t u r e ) 等技术的核心思想，在系统工程思想的指导下，用整体优化的思想对产品设计过 程进行描述，规范产品生命周期管理，保持产品数据的一致性和可追踪性 1 3 , 1 4 】。 1 2 。1 2p d m 系统的主要功能 随着计算机技术在企业中的广泛应用，为企业带来了大量的产品数据文件， 这些文件往往分布范围广泛，而且数据的格式也是多种多样的。对这些数据的查 询、浏览、共享，以及结合工作流程来管理这些数据等，都是企业在进行信息集 成时经常遇到的问题，p d m 正是解决这一问题的有力方法。全球范围内商品化 的p d m 软件产品种类繁多、各有特点，但一般都具有以下一些主要功能 1 5 , 1 6 】： ( 1 ) 电子资料和文档管理 电子资料库和文档管理功能是p d m 的核心功能之一，它提供了对分布式异 构数据的存储、检索和管理功能。在p d m 中，数据的访问对用户来说是完全透 明的，用户无需关心电子数据存放的具体位置，以及自己得到的是否是最新版本， 这些工作均由p d m 系统来完成。 文档管理的对象包括工程设计与分析数据、产品模型数据、产品图形信息、 工艺数据、加工数据、以及产品的性能指标、试验测试结果等。 ( 2 ) 产品结构与配置管理 3 广东t 业大学硕十学位论文 产品结构与配置管理是以电子资料管理为底层支持，以材料清单( b o m ，b i l l o f m a t e r i a l ) 为组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产 品对象及其相互之间的关系进行维护和管理。 产品结构配置管理( p s m ) ：根据产品的版本和工作状态和不同的部门决定 为其配置不同的组织视图。对应于产品生命周期的不同阶段，不同的b o m 代表 了同一产品从不同角度定义的信息。 ( 3 ) 工作流程管理 p d m 的工作流程管理模块管理着整个产品生命周期内的产品数据动态变化 过程，其中包括产品生命周期和各种图样的审批流程。对产品生命周期的管理包 括保留和跟踪产品，从概念设计、产品开发、产品变型以及产品制造，直到停止 生产该种产品过程中的所有历史记录。管理员可以通过对产品数据的各基本处理 步骤的组合来构造产品设计或更改流程。 工作流程管理作为p d m 实现动态管理的工具，已经越来越得到企业的重视。 “) 项目管理 项目管理是指在项目实施过程中实现其计划、组织、人员及相关数据的管理 与配置，以及项目运动状态和对项目完成情况的用户反馈。项目管理能够进行工 程项目分类管理、制定项目规划和计划、实现工作任务的监视和控制，为管理者 提供实时的项目动态信息和统计决策依据。良好的工作流程管理功能是实现项目 管理的基础。 ( 5 ) 版本与权限管理 权限管理功能为参与产品开发的人员设定了不同的操作产品数据的权力，以 确保产品数据的安全性和开发工作的保密性。 版本管理功能使得用户可以得到产品开发历史上每个版本的产品数据，以实 现产品开发的继承性。 ( 6 ) 电子协作管理 电子协作主要实现人与p d m 数据之间高速、实时的交互功能，包括设计审 查的在线操作等。较为理想的电子协作技术能够无缝地与p d m 系统一起工作， 允许交互访问p d m 对象，采用消息的发布和签署机制把p d m 对象紧密结合起 来。 ( 7 ) 工具和“集成件功能 4 第章绪论 为了使不同的应用之间能够共享信息以及对应用系统所产生的数据进行统 一管理，就必须把外部应用系统“封装 到p d m 环境下运行，这就要求p d m 系统必须具有强大的客户化和二次开发能力，现在大多数p d m 产品都提供了二 次开发工具包，同时这部分功能对应用工具集成提供支持。 ( 8 ) 分类及检索功能 p d m 系统需要管理大量的数据，为了较好地建立，使用与维护这些数据， 系统提供了快速方便的分类技术，与面向对象的技术结合将具有相似特性的数据 与过程分为一类，并赋予一定属性和方法，使用户能在分布式环境中高效地查询 文档，数据，零件，标准件等对象。分类功能是实现快速查询的支持技术之一。 1 2 1 3p d m 的体系结构 p d m 系统的体系结构一般由界面层、功能模块层、对象层、数据库层、物理 支持层五个层次组成，如下图所示： 界面层图示化用户界面 功能模块层l 妻看誊銎11 电著鎏作|l 蠹呈薯篓| 工墨鎏程ii 版喜登限 对象层 数据库层 物理支撑层 卜1p d m 系统结构图 f i g 1 - 1t h ep d ms y s t e ms t r u c t u r e ( 1 ) 界面层向用户提供交互式的图形界面，包括图示化的浏览器、各种菜单、 对话框等，用于支持命令的操作与信息的输入输出。通过p d m 提供的图示化用户 界面，用户可以直观方便地完成管理整个系统中各种对象的操作。它是实现p d m 各种功能的手段、媒介、处于最上层。 ( 2 ) 功能模块层为用户提供的主要功能模块有电子资料与文档瞥理、电子协 作管理、工作流程管理、产品结构与配置管理、版本权限管理等。 ( 3 ) 对象层主要将p d m 系统中使用的较多的对象从数据库调入内存中，减少 5 广东t 业大学硕十学位论文 对数据库的操作，优化系统性能。 ( 4 ) 数据库层用于存放p d m 系统中管理的相关数据信息。如设计文件、图纸、 通知信息、组织信息、用户信息等。 ( 5 ) 物理支持层为最底层的计算机软件、硬件系统，是p d m 存在的物理载体。 1 2 2 工作流技术概述 1 2 2 1 工作流的基本概念 g i g a g r o u p 对工作流的定义是：工作流是业务过程中可运转的部分，包括任务 的顺序以及由谁来执行、支持任务的信息流、评价与控制任务的跟踪、报告机制 0 5 o i b m a l m d a n e 研究中心给出的工作流定义是：工作流是业务过程的一种算机 化的表示模型，定义了完成整个过程所需要的各种参数。这些参数包括过程中每 一个步骤的定义、步骤间的执行顺序、条件以及数据流的建立、每一步骤由谁负 责以及每个活动所需要的应用程序【1 5 】。 约瑟夫萧塔纳认为工作流管理是对整个产品形成过程进行控制，并使更改 过程在任何时候都可以追溯。它的主要功能包括下达工作任务、通知、检验、条 件判断和下达系统任务等【1 7 】。 叶晓俊，王建民，孙家广，陈宏亮等认为工作流管理即过程管理和过程控制， 它对任何形式的工作流进行过程控制或在过程开始后的任务控制。它用来定义和 控制人们创建和修改数据的方法。它提供路线、驱动事件的动作、查新、存取和 对象的编辑等。这一功能为产品开发过程的自动管理提供了必要的支持1 8 】。 刘东等认为p d m 系统中的工作流程管理技术主要用于实现产品设计与修改 过程的跟踪与控制，包括工程数据的提交与修改、管理和监督、文档的分布控制 和自动通知等【1 9 1 。 工作流是反映业务流程的计算机化模型，是为了在先进计算机环境支持下实 现经营过程集成与经营过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模 型。 工作流技术一出现就得到了广泛的重视和研究。按照工作流应用系统的特 点，可以将工作流技术的发展过程分为以下三个阶段：【2 0 2 1 】 6 第章绪论 第一个阶段，工作流被应用在特定的领域，如：图像处理及文档管理。在这 一阶段工作流和应用系统的体系结构是不可分割的，作为一个完整的应用，适用 的环境比较简单。 第二个阶段，工作流功能被分离出来，提出了流程定义的概念。系统提供了 可以描述流程的语言，用户可以对流程进行定义，但工作流面对的仍然是具体应 用，不能独立出来，所提供的功能还不全面，性能和系统的结构也不够先进。 第三个阶段，工作流管理系统的概念被提出来，它以组件的思想提出了工作 流自动化的概念。工作流各个功能部分被清晰的分离出来，工作流管理系统以“中 间件”的形式作为开发平台提供给第二方软件商进行开发和应用。 1 9 9 3 年，国际工作流管理联盟( w o r kf l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n w f m c ) 的 成立标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。 现在，对工作流技术的研究以及相关产品的开发己经进入了更加繁荣的阶 段，更多更新的技术被集成进来，文件管理系统、数据库、电子邮件、移动式计 算、i n t e m e t 服务等技术都被容纳到工作流管理系统之中。工作流管理技术已被 广泛地应用于办公自动化、客户关系管理、知识管理等电子商务和电子政务领域， 为越来越多的政府部门和企事业单位所接受。 1 2 2 2 工作流管理系统体系结构 工作流管理系统是支持企业经营过程高效执行并监控其执行过程的计算机 软件系统。工作流管理系统可以用来定义与执行不同覆盖范围( 单个工作者、部 门、全企业、企业间) 、不同时间跨度( 分钟、小时、天、月) 的经营过程。这完全 取决于实际应用背景的需求。按照经营过程以及组成活动的复杂程度的不同，工 作流管理系统可以采取许多种实施方式，在不同的实施方式中，所应用的信息技 术、通信技术和支撑系统结构会有很大的差别。工作流管理系统的实际运行环境 可以是在一个工作组内部或者在全企业的所有业务部门。为了实现工作流技术的 标准化和开放性，异构的工作流管理系统与其他应用系统之间的集成，工作流管 理联盟提出了工作流管理系统体系结构的参考模型，该模型中规范了功能组成部 件和接口【2 2 ，2 3 1 ，如下图l 一2 所示： 7 广东i 业丈学硕学位论文 矿气 。一“忡” w 篡：_ ： 图卜2 工作流管理系统体系结构图 f i g 1 - 2 t h es y s t e m c h a x t o f w o r k f l o w m a n a g m m n ts y s t e m 工作流管理系统体系结构包括以下几个部分： ( 1 ) 过程建模工具。过程建模工具是以计算机能够处理的形式进行过程定 义，输出能够被工作流引擎解释并执行的工作流程定义。 ( 2 ) 工作流程服务器。工作流程服务器是工作流管理系统的核心。它实现对 工作流模型的实例化并执行流程实例，为过程和活动的执行进行导航，与外部资 料进行交互，维护工作流程控制数据和工作流程相关数据。 ( 3 ) 任务表管理器。任务表管理器向用户提供任务项列表，记录监督工作项 的完成情况。 ( 4 ) 用户界面。用户界面提供与用户操作进行交互的人机接口，接受用户对 工作流实例的操作，实现对任务的控制和监督等。 ( 5 ) 控制数据。控制数据是工作流管理子系统内部使用的数据，用来辨别每 个过程或活动实例的状态，包括工作流系统及其过程实例的动态信息，如每个过 程实例的状态信息和每个活动实例的状态信息。 ( 6 ) 关联数据。被工作流管理子系统用来判断工作流流向的数据，这些数据 b 第一章缡论 能够被面向角色的应用程序所操纵，所以它一方面要依据模型定义所生成的过程 实例的静态信息，另外一方面要依据用户的输入数据。 ( 7 ) 应用数据。即项目数据，如上面所说面向用户的应用程序操纵的，而不 被工作流管理子系统操纵的数据，在用户交互中产生，这些数据是面向业务流程 的，也就是项目数据。 1 2 2 3 工作流管理系统参考模型 在众多的工作流管理系统产品中，虽然有着不同的实现方法，但所有的系统 都是为了相近的目的而有着某些共同的特性、功能、结构。为此，w f m c 从各 种角度考虑工作流管理系统，提出了工作流管理系统的一个公共模型一工作流参 考模型，该模型可以为不同系统之间相互操作提供公共的接口，以达到不同产品 的集成和协同工作的目的【2 4 2 5 1 。 工作流参考模型详细描述了工作流管理系统的有关概念，并在此基础上给出 了工作流管理系统的各个主要组成部分、各部分的功能及相互之间的接口；进一 步规范了各种工作流管理系统的结构，支持各种工作流产品在各个级别上的互操 作，使系统能有效集成起来。工作流参考模型如下图l 一3 所示，这里包括了工作 流管理系统的核心部分工作流引擎，以及通过五个标准定义的接口与工作流引擎 交互的几个主要模块。 臣 图卜3 工作流管理系统参考模型 f i g 1 - 3t h er e f e r e n c em o d e lo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m 在w f m c 的工作流参考模型当中，工作流引擎( 即工作流机) 是工作流执行 系统的核心。从工作流引擎的构建角度来看，引擎是不应该和任务业务逻辑相挂 9 广东t 业大学硕卜学位论文 钩的，但工作流模型可能和业务模型或业务数据相挂钩，从业务调用的角度来讲， 是业务逻辑调用引擎，而不是引擎调用业务逻辑。所以，引擎是对外提供工作流 执行服务的一套a p i 接口，w f m c 的工作流引擎参考模型，主要是定义了引擎 对外提供服务的5 个接口，其分别负责的功能实现如下【2 6 2 7 】： ( 1 ) 接口1 ：过程定义输入输出接口，这是工作流服务与工作流建模之间的 接口，该接口提供的主要功能是加载模型定义文件。 ( 2 ) 接口2 ：客户端函数接口，这是工作流服务与客户应用之间的接口，这 是最主要的接口规范，它约定所有客户方应用与工作流服务之间的功能操作方 式。包括过程实例管理功能，过程状态管理功能，任务项列表任务项处理功能， 数据处理过程，过程监控功能，其它的管理功能等。 ( 3 ) 接口3 ：激活应用程序接口，这是工作流引擎和直接调用的应用程序之 间的接口，包括通信建立，活动管理功能，数据处理等功能。 ( 4 ) 接口4 ：工作流执行服务之间的互操作接口，这是工作流管理系统之间 的互操作接口，包括连接的建立，对工作流模型和其中对象的操作，对过程实例 的控制和状态描述，对活动的管理，对资料进行处理等。 ( 5 ) 接口5 ：系统管理与监控接口，这是工作流服务和工作流管理工具之间 的接口，包括资源控制，角色管理，用户管理，过程实例的管理，状态管理，审 核管理等。 五个接口以及对应的a p i 函数包含了工作流管理系统的全部功能。一个完整 的工作流管理系统就是以工作流引擎为中心，向外部部件( 应用程序或其它工作 流引擎) 提供这五个接口，提供其实现的所有功能。这五个接口囊括了工作流引 擎的基本功能，设计一个工作流引擎就是要实现这5 个接口功能。 工作流程管理是p d m 系统中实施业务过程管理与过程控制的一项关键技术， 也是p d m 解决各部门间信息孤岛的一种重要手段，为了提高产品设计的效率，降 低产品设计的成本，迫切需要将工作流技术与产品数据管理技术相结合，将工作 流技术应用到现有的p d m 系统中改进、提高或者取代p d m 系统中的不够完善的工 作流程管理功能，从而从整体上提高企业管理经营的自动化水平，为企业在未来 的竞争中建立优势。 工作流系统的功能能够很好的满足p d m 系统流程管理的需要，而p d m 系统可 以为工作流系统提供良好的数据支持和存储平台，将工作流技术集成到p d m 系统 10 第。章络论 中来是非常可行也是非常有必要的。 本文将在本实验室一套模具企业p d m 系统的基础上，对工作流技术与p d m 系 统的结合进行研究，开发适合模具制造企业p d m 系统的工作流管理模块，提高企 业的信息集成能力和管理自动化水平。 1 2 3 模具企业特点概述 通过对模具企业的调研发现，模具企业的产品数据管理和工作流程管理具有 下述一些特点： 1 图纸复杂性，图纸作为模具技术资料的重要载体，在模具生产过程中不可 或缺，图纸的复杂性主要表现在2 8 】： ( 1 ) 不同的图纸类型，由于模具企业是典型的按订单生产企业，因此，设计 图纸往往由客户提供，然而客户提供的图纸未必能在企业中应用，因此必须对客 户图纸进行分析，生成各类技术图、造型图、零部件图、示意图等图纸； ( 2 ) 图纸更改频繁性，这点在单件生产企业中比较寻常； ( 3 ) 图纸流传及控制复杂性，不同图纸流传于不同部门、生产车间，其内容 一致性很难控制。 2 数控程序等技术资料多样性，一般模具企业都拥有多个品牌的数控加工中 心和各种类型的加工设备，因此数控程序和加工程序也相应有多种类型； 3 按订单单件设计生产的管理模式按项目设计生产的管理模式，订单和 计划具有不确定性，因此需要能够快速响应市场的变化，对流程进行严格的监控， 以提高设计、生产及整个产品生命周期的效率【2 9 , 3 0 】。 4 为整机生产企业提供配套服务，所以t q c 的控制和保证能力是管理的首 要目的。主要有【3 0 1 ： ( 1 ) 时间( t i m e ) 的保证如何按时交付，满足客户时间的要求。 ( 2 ) 质量( q u a l i t y ) 的保证如何按质满足客户的质量要求。 ( 3 ) 成本( c o s t ) 的控制如何保t i e n 润，维持生计和发展。 5 是标准和规则的执行者。必须具备快速的应变能力( 敏捷性) ，以适应市场 变化、客户需求变化、新技术的变化【3 0 ，3 。 6 模具制造与重复制造的特点对比表见下副3 0 】： 广东t 、眦大学硕十学位论文 表1 - 1 模具制造与重复制造的特点对比表 t a b l e1 1t a b l eo fc h a r a c t e r i s t i c sc o n t r a s tb e t w e e nm o u l da n dr e p e a t i n gm a n u f a c t u r e 7 虽然模具企业的规模一般都不大，但管理却非常复杂。由于生产过程的动 态多变性，使管理人员常年疲于应付生产过程中的各种问题，且不能及时有效地 解决，导致成本增加、质量下降和生产周期的延长【3 1 1 。 8 部分模具企业存在信息化程度低的问题，很多模具企业的设计、生产等方 面的流程管理并未实现无纸化办公，仍然采用原始的纸质文档和人工管理【3 2 1 ，利 用相关人员( 如各部门文员) 来进行流程任务的传递，这样导致效率低下，同时 将流程复杂化，不利于管理与监控。 随着全球制造业的发展，中国模具行业进入了蓬勃发展阶段，同时激烈的市 场竞争使我国模具行业普遍面临制造成本增加、行业竞争加剧、管理能力提升受 限等问题。全球信息化的过程在模具企业的表现更加明显，模具企业的核心竞争 12 第一章绪论 力将通过信息化的管理发生质的飞跃【3 0 3 2 1 。 针对模具企业的特点和当前存在的问题，为克服模具管理的被动局面，快速 地响应并解决管理中的问题，提高模具企业的核心竞争力，采用先进的信息化管 理系统已成为现代模具企业的必然选择。p d m 系统可以实现对模具企业数据的有 效集成和管理，而集成至j j p d m 系统中的工作流技术可以实现对模具企业的各种流 程的有效管理，缩短流程的执行时间，加强对流程的监控，成为模具企业管理信 息化的关键环节之一。 1 3 本文的研究意义及研究内容 本课题来源为粤港关键领域招标项目：模具行业企业信息化集成与协同平 台开发与应用。 在国家以信息化带动工业化的大背景下，基于现阶段模具企业的信息化水 平，选择恰当的信息技术向信息化迈进是我国模具行业发展的必由之路。 p d m 和工作流技术是两种有效的信息化手段，工作流程管理是p d m 系统中实 施业务过程管理与过程控制的一项关键技术，也是p d m 解决各部门间信息孤岛的 一种重要手段，为了提高当前模具企业产品设计、制造的效率，降低产品设计、 制造的成本，迫切需要将工作流技术与产品数据管理技术相结合，将工作流技术 应用到现有的p d m 系统中来改进、提高或者取代p d m 系统中不够完善的工作流程 管理功能，从而从整体上提高模具企业经营管理的自动化水平，为模具企业在未 来的竞争中建立优势。对工作流管理模块核心一工作流引擎的研究与开发则是实 现工作流技术的关键。 模具企业有区别于其它类型企业的自身的数据管理和流程管理的特点，目前 专门为模具企业开发的p d m 及工作流管理模块比较少【3 2 j ，为提高模具企业信息化 水平增强其核心竞争力，本文将主要针对模具企业流程管理的特性，以本实验室 开发的一套模具企业的p d m 平台为基础，进行工作流管理模块的研究与开发。 本文具体的研究内容为： ( 1 ) 研究了p d m 技术与工作流技术的发展及模具企业数据管理和流程管理 的特点。 ( 2 ) 研究了模具企业的工作流模型，实现了对模具企业工作流的建模和对业 13 广东r 、j k 大学硕十学位论文 务模型的分析和优化。 ( 3 ) 研究了工作流管理模块的架构和功能，实现了工作流引擎的开发，同时 研究了基于m v c 模式的b s 架构工作流管理模块的实现方法。 1 4 本章小结 本章首先介绍p d m 及工作流技术的发展及其核心内容，其次了分析模具企业 数据管理和工作流管理的特点，再介绍在提高模具企业信息化水平背景下本课题 的研究意义，最后对本文做了哪些工作做了总结。 1 4 第二章基于有向图的t 作流建模与模型校验 第二章基于有向图的工作流建模与模型校验 由工作流管理系统体系结构和工作流管理系统参考模型可知，工作流引擎的 成功运转离不开定义清晰的工作流模型的支持，同时不同的产品以及产品设计制 造流程也需要不同的模型元素和不同的建模方案，即不同的工作流模型。本章将 结合模具企业p d m 的特点为工作流管理系统的开发建立相应的模型并对模型进 行校验。 2 1 工作流与p d m 系统的集成 虽然工作流程管理为p d m 系统中的工作流程管理提供了技术支持，但是由于 工作流管理系统自身的复杂性等特点，很难实现与p d m 系统的有效集成。因此本 文结合p d m 系统的数据信息模型，对现有的工作流程模型进行扩展，使其与p d m 系统的功能需求相适应。本文的工作流程模型由四部分组成【3 3 】：过程模型、人员 组织模型、资源模型以及工作流程相关数据。 过程模型用来定义工作流程的过程逻辑，包括组成工作流程的所有活动以及 活动之间的依赖关系。它是整个工作流程模型的核心，其它模型为其提供相关支 持。过程模型对应于p d m 系统中各个设计、制造流程。 人员组织模型用来定义企业的人员组织结构，包括几种不同的组织元素以及 每种组织元素内部的递阶层次关系。组织模型的主要任务是为企业人员执行工作 流程提供柔性的组织定义，为过程模型提供“人”的支持，也为p d m 系统中的其 它模块提供授权访问和授权操作功能。 资源模型用来定义企业资源的组织结构，包括企业不同形式的资源对象以及 对象内部的递阶层次关系，直至最终的资源实体。资源模型主要为工作流程的执 行和p d m 系统提供“物”的支持。 工作流程相关数据用来定义工作流程执行过程中需要用到的数据，包括简单 的数据类型与复合的企业对象。工作流程相关数据为工作流程的执行提供了“数 据 的支持，也为p d m 系统提供了信息载体支持。 各工作流程模型关系如下图2 4 所示。 15 广东t 业大学硕十学位论文 2 2 基于有向图的工作流程建模 有向刚3 4 】是一种被广泛采用的流程建模方法，与p e t r i 网、活动网络图、状 态图等相比它的优点是比较直观、容易理解，对于非专业人员来说是最直观、最 自然的过程表达方式，并且其建模方案中的节点元素与企业的模型元素作用一 致，都代表某种类型的活动或操作，其表示方向的连接弧与路由的作用类似，多 条连接弧的组合可表示前后节点之间的逻辑关系，目前很多工作流系统都是采用 有向图进行建模的，因此本文的工作流模型选择基于有向图的建模方案。 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对经营过程的抽象表示。工作流 管理模块开发的首要目标主要是完成经营过程的计算机化定义，也就是完成企业 资源、企业流程等建模的任务，为后续工作流引擎开发打下基础。在这个阶段， 利用一个或多个建模方法及相应的建模工具，完成实际的经营过程到计算机可处 理的形式化定义的转化，所得到的定义通常可称为过程模型、过程模板、过程元 数据或过程定义【3 5 】。 工作流模型除了应该支持完整的工作流概念定义、为建模用户提供定义工作 流所需要的组件和元素等主要特性外，还应该能够清楚地定义各种可能的业务情 况，适应用户在建模过程中所提出的各种要求，即工作流描述能力要强，可以清 楚描述几乎所有的业务流程类型。同时工作流不仅仅需要明确地表达经营过程中 的活动以及活动间的关系，而且还需要对活动间所传递的信息、活动的执行实体、 16 第二章魑丁有向图的。l - f i ；流建模与模型校验 活动所需要的资源等等方面进行定义【3 5 1 。 在上述对模型描述能力的需求及与p d m 集成的需要下，本文建立的工作流 模型主要由四部分组成，分别是过程模型、组织模型、资源模型及工作流相关数 据。下面对这四部分进行介绍、建模： 2 2 1 企业过程建模 过程模型主要用于定义保证工作流实例有效执行的数据，是工作流模型最主 要的模型元素，主要有以下三个方面的内容： 1 活动 活动表示过程定义中一个相对独立的执行单位，我们将其抽象为具有一定功 能的对象，并对其相关属性进行赋值。活动的分类如下： ( 1 ) 开始活动 表示一个过程的开始，由它完成一些过程执行的初始工作。 ( 2 ) 人工型活动 表示需要人的参与来完成的工作任务，通常由工作流执行者从自己的工作项 列表来选择执行。 ( 3 ) 自动活动 表示一种由计算机自动执行的活动，它不需要工作流执行人员的参与。它一 般为当激活该活动时，由工作流引擎自动调用该软件完成一定的处理或计算任 务。 ( 4 ) 子过程活动 通过子过程活动，将一个复杂的工作流分解成具有一个层次的工作流，这样 就简化了工作流的过程设计，使结构更加清晰。 ( 5 ) 结束活动 表示一个过程的结束。 2 连接弧 连接弧是工作流模型的另一种基本组成元素，为节点之间的有向线段，从前 趋节点指向后继节点。根据不同连接弧所表达含义的不同，我们把连接弧分成： 控制连接弧和数据连接弧。 1 7 广东t 业大学硕十学位论文 ( 1 ) 控制连接弧 由控制连接弧所连接的两个节点，其行为规则是：只有当前趋节点执行完毕 并且经过该控制连接弧的转移，后继节点才被允许执行。从而体现了过程的控制 逻辑、节点间的时序关系。 ( 2 ) 数据连接弧 数据连接弧的引入是为了解决控制流和数据流不一致的问题，从而可以在单 独存在数据关系的不同节点间建立连接，提供一种区别于控制连接弧的连接概 念。 数据连接弧在它所连接的两个节点问建立了一种数据交换的关系。 3 状态描述 整个工作流实例的执行过程可以被看作是一个状态转换过程，其间流程实例 因特定的命令、事件或某些条件的满足而由工作流引擎来控制状态的转换。 ( 1 ) 流程的状态： 工作流程主要有如下五种状态： 1 ) 概念：工作流程模型已经创建，但该流程暂时还没达到满足执行的条件， 也即暂未创建具体的工作流实例。如：暂时无人调用该模板。 2 ) 运行：工作流监控管理端发出启动过程实例的命令。如果该过程实例尚 未运行过，即处于概念状态，则激